Đặc điểm của truyền dẫn số - Phần 1

Đặc điểm của truyền dẫn số - Phần 1 Truyền dẫn số có nhiều ưu điểm hơn so với truyền dẫn tương tự, ví dụ nó chống tạp âm và gián đoạn ở xung quanh tốt hơn vì có bộ lặp để tái tạo, cung cấp chất lượng truyền dẫn tốt hơn bất kể khoảng cách truyền dẫn, kết hợp được mọi nguồn dịch vụ đang có trên đường truyền dẫn số và truyền sau khi chuyển thành tín hiệu số bất kể tín hiệu thông tin loại nào, tạo ra một tổ hợp truyền dẫn số và tổng đài số. Nó cũng tạo ra sự kinh tế cho hệ thống vì những phần tử bán dẫn dùng cho truyền dẫn số là những mạch tổ hợp số được sản xuất hàng loạt, và mang liên lạc có thể trở thành rất thông minh vì dễ thực hiện việc chuyển đổi tốc độ cho các dịch vụ khác nhau, thay đổi thủ tục, DSP (xử lý tín hiệu số), chuyển đổi phương tiện truyền dẫn v.v. Qua việc áp dụng kỹ thuật liên lạc và máy vi tính. Tuy vậy truyền dẫn số có những nhược điểm như dải tần công tác tǎng lên do việc số hoá tín hiệu, cần có bộ chuyển đổi A/D, D/A và đồng bộ giữa phát và thu, một thiết bị chuyển đổi cần có để kết hợp hệ FDM và hệ TDM vì hệ thống số không tương thích với các hệ thống hiện có. Trước đây, trong trường hợp đường thuê bao và đường giữa các tổng đài khu vực dùng cáp âm tần 2 hay 3 dây và gọi đường dài chủ yếu dựa vào chế độ tương tự như cáp đồng trục, radio FDM v.v. Nhưng với sự xuất hiện của kiểu tải ba T1, các thiết bị sau đây cần phát triển để tương thích nhằm giảm chi phí mỗi đường cho đến cuối thập kỷ 1970 : hệ thống ghép kênh số kể cả PCM dây, g3/4n thêm chế độ tương tự vào chức nǎng truyền dẫn số kể cả DOV (dữ liệu trên tiếng nói), bộ ghép kênh - ghép (ITU-T khuyến nghị G.794) nối mạng FDM với mạng TDM. Với sự xuất hiện của tổng đài số, chiều hướng số hoá ngày một tǎng nhanh đẩy lùi kiểu tương tự, trên kh3/4p đất nước mọi nơi đều lựa chọn kiểu số làm nguyên lý chủ yếu khi liên lạc quang số được áp dụng đến đầu những nǎm 1980, tạo ra sự chờ đợi và mong muốn về tổ hợp truyền dẫn đa dịch vụ ISDN. HRX (nối chuẩn giả thiết) của khoảng cách dài nhất của hệ thống truyền dẫn số chia mục tiêu tổ hợp của chất lượng mạng thành bộ phận mạng phù hợp với hệ truyền dẫn số như trong hình 3.3. Hình 3.3. HRX tiêu chuẩn quốc tế (cấp dài nhất) Nói chung, mạch PCM có đặc điểm ưu việt hơn về tạp âm so với mạch FDM như nhận tín hiệu radio trình bày trong hình 3.4. Trái với mạch FDM liên tục tǎng tạp âm tỷ lệ nghịch với tín hiệu đầu vào, mạch PCM có đặc điểm ưu việt không tǎng tạp âm trong mức ngưỡng tuy có tạp âm hơn do chế độ. Hình 3.4. Đặc điểm tạp âm BER (tỷ lệ lỗi bit) của hệ thống PCM xung quanh mức ngưỡng được nhanh chóng làm giảm bằng cách tǎng tỷ số S/N. Bởi vì tạp âm của kiểu FDM nhạy hơn với S/N, trái với đặc điểm tạp âm của hệ thống PCM bất kể tạp âm của truyền dẫn trung kế và chỉ nhận thấy tạp âm lượng tử hoá và tǎng lỗi quá mức nếu giữ BER ở một mức độ nào đó. Nói chung, truyền tiếng nói trong tình trạng tốt nếu BER nhỏ hơn 10-5 và cho phép tới 10-4 nhưng có cảnh báo khẩn cấp và thông tin gián đoạn nếu BER là 10-3 . Dữ liệu hay tiếng nói cho phát thanh, truyền hình phải ưu việt hơn về những giá trị này. Một lợi thế của mạng mạch số là có những đặc điểm ưu việt như sau: Hầu hết các đặc tính của mạng tiếng nói số hoá được liệt kê ở bảng 3.2 và được thảo luận trong những phần sau g3/4n liền với những ưu điểm của việc truyền dẫn số hoặc chuyển mạch số có liên quan đến những phía đối tác là tương tự. Trong một số trường hợp cá biệt, các đặc trưng chỉ g3/4n liền với mạng số hoàn toàn. Thí dụ, mã hoá (Encryption) là thực tế và nhìn chung chỉ có ích nếu dạng an toàn của bản tin được thiết lập ở nguồn và chỉ chuyển ngược lại thành rõ ràng tại nơi gửi tới. Như vậy, hệ thống số điểm tới điểm hoạt động với sự không hiểu biết về bản chất của đường thông (có nghĩa là cung cấp sự truyền tin rõ ràng) là nhu cầu tất yếu đối với các ứng dụng mã hoá. Vì những nguyên nhân tương tự, việc truyền dẫn số điểm tới điểm là cần thiết đối với các ứng dụng có liên quan đến số liệu. Khi một mạng lưới bao gồm các thiết bị hỗn hợp cả tương tự và số, việc sử dụng tổng hợp mạng cho các dịch vụ như truyền tin số liệu yêu cầu sự phù hợp với mẫu số chung nhỏ nhất của mạng : Kênh tương tự. 1. Sự thuận tiện của ghép kênh 2. Sự thuận tiện của báo hiệu 3. Sử dụng công nghệ hiện đại 4. Hợp nhất việc truyền và chuyển mạch 5. Phục hồi tín hiệu 6. Điều khiển hiệu suất 7. Thích ứng với các dịch vụ khác 8. Hoạt động tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm/ tín hiệu trên nhiễu thấp 9. Sự thuận tiện của mã hoá Bảng 3.2. Tiến bộ kỹ thuật của mạng thông tin số hoá 1) Sự thuận tiện của ghép kênh : Kỹ thuật số hoá đã được ứng dụng đầu tiên đối với điện thoại tổng thể trong hệ chuyển tải T giữa các tổng đài (Ghép kênh phân chia thời gian). Về thực chất các hệ thống này trao đổi điện tử gây tổn thất ở các điểm cuối của đường truyền tin do sự phí tổn của cặp bội dây dẫn giữa chúng (sự trao đổi đó hàng nǎm gây phí tổn càng nhiều). Tuy nhiên sự ghép kênh phân chia tần số của các tín hiệu tương tự cũng được sử dụng trong quá khứ để giảm chi phí dây cáp. Thiết bị ghép kênh phân chia tần số (FDM) đ3/4t hơn nhiều so với thiết bị ghép kênh phân chia thời gian (TDM), thậm chí khi giá thành của số hoá được tính vào. Sau khi tín hiệu tiếng nói được số hoá, giá thành thiết bị TDM hoàn toàn nhỏ hơn khi mang so sánh. Vì số hoá chỉ xuất hiện ở mức đầu tiên của hệ thống phân cấp TDM, TDM số hoá mức cao thậm chí kinh tế hơn các bộ phận tương ứng FDM mức cao. Điều đó chỉ ra rằng việc ghép kênh phân chia thời gian của các tín hiệu tương tự cũng rất đơn giản và không yêu cầu số hoá các giá trị mẫu. Mặt không thuận tiện của TDM tương tự nằm trong tính chất có thể bị tổn thương của những xung tương tự hẹp do nhiều tạp âm, méo tiếng, xuyên âm và nhiễu ký hiệu. Sự suy biến này không thể bị loại bỏ bằng tái tạo như trong hệ thống số hoá. Vì thế TDM tương tự cũng không thể thực hiện được loại trừ môi trường tự do không có tạp âm, biến dạng. Về thực chất, khả nǎng đối với việc tái tạo tín hiệu thậm chí ở việc tiêu hao của độ rộng dải tần số lớn hầu như là một nhu cầu đối với truyền tin TDM. 2) Sự thuận tiện của hệ thống báo hiệu : Những thông tin điều khiển (tín hiệu nhấc máy, đặt máy, các chữ số địa chỉ, gửi tiền v.v. ) vốn có số hoá và vì thế dễ dàng hợp nhất trong một hệ truyền dẫn số, như thế có nghĩa là về thông tin điều khiển kết hợp trong liên kết truyền tin số hoá gồm ghép kênh phân chia thời gian, sự điều khiển như là tách biệt nhưng dễ dàng có thể nhận biết kênh điều khiển. Cách tiếp cận khác gồm việc gài các mật mã điều khiển đặc biệt trong kênh truyền tin và có mạch logic số hoá trong thiết bị đầu cuối nhận và giải mã thông tin điều khiển. Trong mỗi trường hợp, hệ thống truyền tin càng được quan tâm hơn thì thông tin điều khiển không thể nhận biết từ đường truyền bản tin. Trong sự tương phản, các hệ thống truyền tin tương tự yêu cầu sự quan tâm đặc biệt tới hệ thống tín hiệu điều khiển. Nhiều hệ thống truyền tin tương tự thể hiện sự duy nhất và đôi khi hoàn cảnh khó khǎn cho cài đặt thông tin điều khiển. Một kết quả không may m3/4n là nhiều sự khác biệt của khuôn khổ tín hiệu điều khiển và thủ tục tiến hành. Khuôn khổ điều khiển phụ thuộc vào bản chất của cả hai hệ thống truyền dẫn và thiết bị đầu cuối của chúng. Trong một số giao diện giữa các hệ thống của mạng, thông tin điều khiển phải được chuyển đổi từ khuôn khổ này sang khuôn khổ khác. Vì thế hệ thống báo hiệu trên các đường truyền tin tương tự tương ứng với một gánh nặng nề về quản trị và tài chính đối với các công ty điện thoại công cộng. Sự chuyển đổi sang báo hiệu kênh chung loại bỏ hầu hết chi phí báo hiệu có liên quan với các trục đường trung kế nhưng không thay đổi tình trạng đối với các đường dây thuê bao riêng biệt, trong đó báo hiệu thực hiện trên cùng một phương tiện như kênh thông tin. Việc sử dụng các đường dây thuê bao số hoá (DSLs) giảm chi phí truyền tín hiệu liên quan tới các đường dây thuê bao tương tự, giúp bù đ3/4p giá thành cao hơn của (DSL) và điện thoại số. DSLs là khía cạnh nền tảng của ISDN. Tóm lại, các hệ thống số cho phép điều khiển thông tin được cài đặt vào và tách từ dòng thông tin một cách độc lập với bản chất của các phương tiện truyền tin (dây cáp, sợi quang, vi ba, vệ tinh, ...). Vì vậy thiết bị báo hiệu có thể được thiết kế riêng biệt với hệ thống truyền dẫn. Sau đó chức nǎng điều khiển và khuôn khổ có thể được thay đổi không phụ thuộc vào hệ thống truyền dẫn. Ngược lại, các hệ thống truyền dẫn số có thể được nâng cấp không ảnh hưởng tới các chức nǎng điều khiển ở cả hai đầu của đường truyền. 3) Sử dụng công nghệ hiện đại Một bộ ghép kênh hoặc ma trận chuyển mạch cho các tín hiệu số hoá phân chia thời gian được áp dụng với cùng mạch cơ sở được sử dụng để xây dựng các máy tính số hoá, các cổng logic và bộ nhớ. Điểm c3/4t cơ sở của chuyển mạch số hoá không có gì hơn là cổng "AND" với một đầu vào logic được gán cho tín hiệu thông tin và các đầu vào khác được sử dụng cho điều khiển (lựa chọn điểm c3/4t qua). Vì vậy những phát triển gây ấn tượng mạnh mẽ của công nghệ mạch tích hợp số hoá cho mạch logic và bộ nhớ máy tính là ứng dụng một cách trực tiếp đến truyền dẫn số hoá và các hệ thống chuyển mạch. Qua thực tế, nhiều mạch tiêu chuẩn đã phát triển để sử dụng trong các máy tính đã có hữu hiệu trực tiếp trong ma trận chuyển mạch hoặc bộ ghép kênh . Hình 3.5 trình bày các ứng dụng cơ bản của bộ ghép kênh phân chia thời gian số hoá, 16 kênh, bit xen giữa sử dụng mạch logic số hoá chung. Như đã ký hiệu chức nǎng ghép kênh gồm không có gì ngoài lấy mẫu theo chu kỳ từ 16 luồng dữ liệu đầu vào. Hoạt động như vậy tổng hợp toàn bộ các luồng dữ liệu được đồng bộ với nhau. Tiến trình đồng bộ các luồng dữ liệu đòi hỏi mạng logic rất phức tạp. Tuy nhiên, việc ứng dụng bộ ghép kênh TDM rẻ hơn nhiều so với FDM tương tự. Thậm chí, những tiến bộ vượt bậc của công nghệ hiện đại thành đạt do sử dụng các mạch tích hợp tỷ lệ lớn (LSI) được thiết kế đặc biệt cho chức nǎng thông tin viễn thông như lập/giải mã mật mã tiếng nói, các bộ ghép kênh, ma trận chuyển mạch, bộ xử lý tín hiệu số mục đích đặc biệt và mục đích chung (DSPs). Giá thành hạ tương đối và nǎng suất cao của mạch số cho phép các ứng dụng số hoá được sử dụng trong một số ứng dụng rất đ3/4t khi dùng một số linh kiện tương tự. Thí dụ, các chuyển mạch hoàn toàn không bị khoá là không thực tế với các ứng dụng tương tự thông thường trừ trường hợp kích thước nhỏ. Trong chuyển mạch số hiện đại, chi phí của chính các ma trận chuyển mạch là không đáng kể. Tuy nhiên, đối với những ứng dụng kích thước trung bình, kích thước của ma trận chuyển mạch có thể được tǎng để cung cấp những hoạt động không khoá nếu yêu cầu. Điện thoại tự động phân tán được Collins-Rockwell phát triển là một thí dụ về hoạt động chuyển mạch số trong môi trường tương tự. Việc ứng dụng số được chọn một cách rộng rãi bởi vì nó có thể cung cấp một cách kinh tế những hoạt động không khoá. Hình 3.5. Bộ ghép kênh TDM 16:1 Lợi ích của công nghệ máy móc hiện đại không bị hạn chế đối với các mạch số đơn lẻ. Các mạch tích hợp tương tự cùng tiến bộ một cách đáng kể, cho phép các ứng dụng tương tự truuyền thông phát triển một cách đáng kể. Tuy nhiên một trong những nhu cầu cơ bản đầu tiên của phần tử tương tự là chúng phải là đường tuyến tính. Như vậy, nếu chỉ bởi vì sự nhấn mạnh việc nghiên cứu và phát triển, các phân tử số nhanh dễ sản xuất hơn các linh kiện tương tự tuyến tính. Ngoài ra, những ứng dụng số có thể có ưu việt hơn về tính nǎng tiềm tàng so với những ứng dụng tương tự. Lợi thế này được b3/4t nguồn từ sự thuận tiện tương đối là những tín hiệu số có thể được ghép kênh. Một hạn chế lớn với việc sử dụng toàn bộ linh kiện LSI gây nên do khả nǎng hạn chế của những mối nối bên ngoài đối với thiết bị. Với kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian một chân vật lý đơn độc có thể được sử dụng để truy nhập nhiều kênh trong thiết bị. Như thế, cùng một kỹ thuật được ứng dụng để giảm giá thành của các hệ thống truyền dẫn có thể cũng được dùng bên trong một modun địa phương để giảm tối thiểu những đường nối bên trong và tǎng tối đa việc sử dụng tích hợp tỷ lệ lớn. Cuối cùng: "chuyển mạch trên một vi mạch" chỉ có thể nếu số lớn kênh có thể được ghép kênh thành số lượng nhỏ các đường nối ngoài tương ứng. Sự phát triển công nghệ để có ảnh hưởng quan trọng nhất trên mạng lưới điện thoại là truyền dẫn bằng cáp sợi quang. Tuy nhiên chính các cáp sợi quang không làm thuận lợi cho truyền tin số hơn truyền tin tương tự, sự giao tiếp các mạch điện tử với hệ thống sợi quang thực hiện lần đầu tiên trong chế độ đóng/mở (hoạt động không tuyến tính). Như thế truyền tin số chiếm ưu thế so với các ứng dụng cáp sợi quang, m3/4c dầu việc nghiên cứu công nghệ sợi quang tương tự là quan trọng đặc biệt đối với tín hiệu video. 4)